Công và nhiệt trong quá trình cân bằng.

p V N m

5.4.1.Công và nhiệt trong quá trình cân bằng.

a.Trạng thái cân bằng và quá trình cân bằng.

Xét một hệ nhiệt động, tức là xét một hệ vật mà trạng thái của nó được xác định bởi một tập hợp cacd đị lượng vật lí hay thông số trạng thái độc lập đối với nhau. Khi đó trạng thái cân bằng của hệ là trạng thái không biến đổi theo thời gian và tính bất biến đó không phụ thuộc vào các quá trình của ngoại vật.

Khi trạng thái của hệ nhiệt động thay đổi ( do có sự trao đổi công và nhiệt lượng với môi trường ngoài ) người ta nói rằng hệ thực hiện một quá trình. Nếu quá trình đó biến đổi theo một chuỗi các trạng thái cân bằng thì đó là quá trình cân bằng. Do mỗi trạng thái cân bằng được biểu diễn bởi một điểm trên đồ thị

p V , nên quá trình cân bằng là một đường cong liên tục.

b.Công trong quá trình cân bằng. Quy ước dấu của công (A) và nhiệt (Q):

A>0 ; Q>0 : khi hệ nhận chúng từ bên ngoài. A<0 ; Q<0 : khi hệ cung cấp chúng ra ngoài.

Giả sử hệ nhiệt động là một khối khí trong xilanh nằm dưới pittông và giả sử khối khí được biến đổi theo một quá trình cân bằng, khi đó thể tích biến đổi từ giá trị V1 đến V2. Dưới tác dụng của ngoại lực F, pittông dịch chuyển một đoạn dl, công A bằng: dA Fdl.

Dấu (-) ở vế phải là do khối khí thực sự nhận công (dA >0 ), mà dl < 0. Vì quá trình cân bằng nên ngoại lực F luôn cân bằng với lực do khối khí tác dụng lên pittông, lực này bằng pS. Trong đó p là áp suất của khí tác dụng lên pittông và S là diện tích của nó. Khi đó: A Fdl pSdl pdV

Ở đây dV Sdl là độ biến thiên thể tích của khối khí, Khi đó công mà khối khí nhận được trong quá trình nén:

21 1 V V AA  pdV (5.15) Nếu quá trình là đẳng áp thì:   2 1 1 2 V V A p dV  p V V (5.16)

-Nhiệt dung riêng c của một chất: đó là một đại lượng vật lí, về trị số bằng nhiệt cần thiết truyền cho một đơn vị khối lượng của chất đó để nhiệt độ của nó tăng thêm một độ. Q c mdT   (5.17)

Trong đó dQ là nhiệt lượng truyền cho khối lượng m của một chất là nhiệt độ nó tăng thêm một lượng dT.

Q mcdT

  (5.18)

-Nhiệt dung mol C của chất, về trị số nó bằng nhiệt lượng cần truyền cho một mol chất đó để nhiệt độ của nó tăng một độ.

Cc (5.19)

Trong đó  là khối lượng một mol chất đang xét.

m Q CdT    (5.20) 5.4.2. Nguyên lý I nhiệt động học.

*Nguyên lý: Trong quá trình biến đổi trạng thái của hệ, độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ trao đổi trong quá trình này.

*Biểu thức: U  A Q (5.21) Các đai lượng U A Q, , có thể dương hoặc âm.

-Nếu A0,Q0 thì U 0 nghĩa là hệ thực sự nhận công và nhiệt lượng từ bên ngoài thì nội năng của hệ tăng.

-Nếu A0,Q0 thì U 0 nghĩa là hệ thực sự sinh công và toả nhiệt lượng ra bên ngoài thì nội năng của hệ giảm.

*Chú ý: Nếu hệ nhiệt động chỉ chịu một biến đổi vi phân, thì biểu thức (5.21) được viết như sau: dU AQ (5.22)